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第第9 9章章-现代代电力系力系统的运行的运行华南热带农业大学华南热带农业大学22024/7/12第一节 电力系统有功功率与频率的调整一、电力系统有功功率一、电力系统有功功率1.有功功率负荷：有功功率负荷：实际负荷时时刻刻在变化实际负荷时时刻刻在变化v负荷的变化将引起频率的变化负荷的变化将引起频率的变化;v在电力系统运行中在电力系统运行中,必须调节电必须调节电源的功率保持系统的功率平衡源的功率保持系统的功率平衡,使使系统的频率运行在允许的范围内。系统的频率运行在允许的范围内。v原因是负荷的经常性变化原因是负荷的经常性变化,随时随时都将打破电源有功出力与负荷消都将打破电源有功出力与负荷消耗的有功功率之间的平衡耗的有功功率之间的平衡;华南热带农业大学华南热带农业大学32024/7/12一、电力系统有功功率一、电力系统有功功率2.有功功率电源和备用容量：有功功率电源和备用容量：(1)有功功率平衡有功功率平衡:电力系统稳定运行情况下电力系统稳定运行情况下,电源发电源发出的有功功率应满足负荷消耗的有功功率和传输电出的有功功率应满足负荷消耗的有功功率和传输电功率时在网络中损耗的有功功率之和。功率时在网络中损耗的有功功率之和。（3）有功电源容量：系统中可投入发电设备的总）有功电源容量：系统中可投入发电设备的总容量之和。容量之和。（2）系统的总装机容量：各类发电厂的发电机组成）系统的总装机容量：各类发电厂的发电机组成了电力系统的有功功率电源，所有发电机的额定容量了电力系统的有功功率电源，所有发电机的额定容量之和为系统的总装机容量。之和为系统的总装机容量。华南热带农业大学华南热带农业大学42024/7/12一、电力系统有功功率一、电力系统有功功率2.有功功率电源和备用容量：有功功率电源和备用容量：(4)系统的备用容量系统的备用容量:系统的电源容量大于发电负荷系统的电源容量大于发电负荷的部分。的部分。v有功功率的最优分配：有功电源的最优组合、有有功功率的最优分配：有功电源的最优组合、有功负荷在运行机组间的最优分配。功负荷在运行机组间的最优分配。二、电力系统有功功率的分配二、电力系统有功功率的分配v各类发电厂承担负荷的顺序各类发电厂承担负荷的顺序 华南热带农业大学华南热带农业大学52024/7/12v各类发电厂承担负荷的顺序各类发电厂承担负荷的顺序 图图9-1各类发电厂组合顺序示意图各类发电厂组合顺序示意图（a）枯水季节）枯水季节（b）丰水季节）丰水季节 华南热带农业大学华南热带农业大学62024/7/12三、电力系统的频率调整三、电力系统的频率调整1.频率调整的必要性频率调整的必要性 2.电力系统的频率特性电力系统的频率特性（1 1）电源有功功率静态频率特性：发电机的原动）电源有功功率静态频率特性：发电机的原动机机械功率与角速度或频率的关系。机机械功率与角速度或频率的关系。v发电机配置自动调速发电机配置自动调速华南热带农业大学华南热带农业大学72024/7/122.电力系统的频率特性电力系统的频率特性（2 2）电力系统负荷的静态频率特性：仅考虑有功）电力系统负荷的静态频率特性：仅考虑有功负荷随频率的变化特性。负荷随频率的变化特性。v频率增加，负荷取用功频率增加，负荷取用功率增加；频率减小，负荷率增加；频率减小，负荷取用功率减小。（负荷的取用功率减小。（负荷的调节效应）调节效应）v电力系统频率变化范围电力系统频率变化范围很小，在较小的频率范围很小，在较小的频率范围内，该曲线接近直线。内，该曲线接近直线。华南热带农业大学华南热带农业大学82024/7/123.电力系统的频率调整电力系统的频率调整（1 1）一次调整：针对第一种负荷变动进行的调整。）一次调整：针对第一种负荷变动进行的调整。利用发电机组上装设调速器系统。利用发电机组上装设调速器系统。v系统中一台发电机和一系统中一台发电机和一综合负荷，静态频率特性综合负荷，静态频率特性曲线如图：曲线如图：v负荷与发电机的共同调负荷与发电机的共同调节，使系统频率在节，使系统频率在 f0点达点达到平衡。到平衡。华南热带农业大学华南热带农业大学92024/7/123.电力系统的频率调整电力系统的频率调整（2 2）二次调整：针对第二种负荷变动进行的调整。）二次调整：针对第二种负荷变动进行的调整。利用发电机组上装设调频系统来完成。（调频厂）利用发电机组上装设调频系统来完成。（调频厂）（3）三次调整：是通过负荷预计得到负荷曲线，）三次调整：是通过负荷预计得到负荷曲线，按最优化原则分配负荷，从而在各发电厂或发电按最优化原则分配负荷，从而在各发电厂或发电机组间实现有功负荷的经济分配（经济调度）机组间实现有功负荷的经济分配（经济调度）第二节第二节 电力系统无功功率与电压的调整电力系统无功功率与电压的调整v电气设备在额定电压下运行最有利；电气设备在额定电压下运行最有利；v网络存在电压损耗，当负荷或系统运行方式变化，网络存在电压损耗，当负荷或系统运行方式变化，网络中的电压损耗也变化，即网络中的电压发生变化；网络中的电压损耗也变化，即网络中的电压发生变化；v随网络范围增大，网络的电压损耗也增大，要使系随网络范围增大，网络的电压损耗也增大，要使系统中各处电压在允许的范围内，需要多种调压措施。统中各处电压在允许的范围内，需要多种调压措施。华南热带农业大学华南热带农业大学102024/7/12第二节第二节 电力系统无功功率与电压的调整电力系统无功功率与电压的调整v综合负荷的电压静态特性：电压与负荷取用的有综合负荷的电压静态特性：电压与负荷取用的有功功率和无功功率的关系：功功率和无功功率的关系：v在额定电压附近，电压与无功在额定电压附近，电压与无功功率的关系比较密切，表现为无功率的关系比较密切，表现为无功功率对电压具有较大的变化率。功功率对电压具有较大的变化率。v分析系统运行的电压水平应从分析系统运行的电压水平应从系统的系统的无功功率无功功率入手。入手。一、电力系统的无功功率平衡一、电力系统的无功功率平衡1、无功电源：发电机、同步调相机、静电电容器、无功电源：发电机、同步调相机、静电电容器、静止补偿器等。静止补偿器等。华南热带农业大学华南热带农业大学112024/7/121、无功电源、无功电源（1）发电机：不仅是电力系统唯一的有功电源，）发电机：不仅是电力系统唯一的有功电源，也是电力系统的主要无功电源。也是电力系统的主要无功电源。v额定状态：在此状态运行发出的无功功率；额定状态：在此状态运行发出的无功功率；v非额定状态：在此状非额定状态：在此状态运行时可能发出的无态运行时可能发出的无功功率；功功率；C点为发电机的额定点点为发电机的额定点华南热带农业大学华南热带农业大学122024/7/12（1）发电机：非额定状态运行时可能发出的无功）发电机：非额定状态运行时可能发出的无功功率分析。功率分析。当发电机运行于当发电机运行于HC段时，段时，发电机发出的无功功率低于发电机发出的无功功率低于额定运行情况下的无功输出；额定运行情况下的无功输出；当发电机运行于当发电机运行于BC段时，段时，发电机可在降低功率因数、发电机可在降低功率因数、减少有功输出的情况下多减少有功输出的情况下多发无功功率；发无功功率；只有在额定电压、额定电流和额定功率（只有在额定电压、额定电流和额定功率（C点）点）下运行时，发电机的视在功率才能达到额定值，其下运行时，发电机的视在功率才能达到额定值，其容量也利用得最充分；容量也利用得最充分；华南热带农业大学华南热带农业大学132024/7/12（1）发电机：非额定状态运行时可能发出的无功）发电机：非额定状态运行时可能发出的无功功率分析。功率分析。当系统中有功功率备用容当系统中有功功率备用容量较充裕时，可使靠近负荷量较充裕时，可使靠近负荷中心的发电机降低有功功率中心的发电机降低有功功率出力的条件下运行，从而发出力的条件下运行，从而发电机多发出无功功率，改善电机多发出无功功率，改善系统的电压。系统的电压。v分析相量图，得出发电机分析相量图，得出发电机的无功输出与电压的关系：的无功输出与电压的关系：华南热带农业大学华南热带农业大学142024/7/12（1）发电机：）发电机：v发电机的无功输出与电压发电机的无功输出与电压的关系：的关系：华南热带农业大学华南热带农业大学152024/7/12（1）发电机：）发电机：v发电机的无功输出与电压的关系：发电机的无功输出与电压的关系：由此可知，当电势由此可知，当电势E一定时，一定时，Q与与U的关系，是一条开口向下的抛物线。的关系，是一条开口向下的抛物线。（2）同步调相机：）同步调相机：是专门设计的无功功率发电是专门设计的无功功率发电机。工作原理相当于空载运行的同步电动机。机。工作原理相当于空载运行的同步电动机。v过励磁运行：向系统输送无功功率；过励磁运行：向系统输送无功功率；v欠励磁运行：从系统吸收无功功率。欠励磁运行：从系统吸收无功功率。通过调节调相机的激磁可以平滑地改变其输出的无通过调节调相机的激磁可以平滑地改变其输出的无功功率的大小和方向。（安装接近负荷）功功率的大小和方向。（安装接近负荷）华南热带农业大学华南热带农业大学162024/7/12（3）电力电容器：）电力电容器：并接于电网，它供给的无功功率与其端电压的平并接于电网，它供给的无功功率与其端电压的平方成正比。方成正比。优点：电力电容器是静止元件，有功损耗小，适合优点：电力电容器是静止元件，有功损耗小，适合于分散安装。于分散安装。缺点：电力电容器只能成组地投入、切除；它所供缺点：电力电容器只能成组地投入、切除；它所供应的无功功率随端电压的下降而减少。应的无功功率随端电压的下降而减少。（2）同步调相机：）同步调相机：同步调相机具有正的调节效应，即它所供应的同步调相机具有正的调节效应，即它所供应的无功功率随端电压的下降而增加，对调压有利。无功功率随端电压的下降而增加，对调压有利。华南热带农业大学华南热带农业大学172024/7/122、无功负荷和无功损耗、无功负荷和无功损耗（1）无功负荷：主要是异步电动）无功负荷：主要是异步电动机。其无功消耗为机。其无功消耗为综合两部分无功的特点，得到曲线综合两部分无功的特点，得到曲线2。（4）静止无功补偿器：）静止无功补偿器：由晶闸管控制的可调电抗器与电容器并联组成，由晶闸管控制的可调电抗器与电容器并联组成，既可发出无功功率，又可吸收无功功率，且调节平既可发出无功功率，又可吸收无功功率，且调节平滑、安全。滑、安全。华南热带农业大学华南热带农业大学182024/7/122、无功负荷和无功损耗、无功负荷和无功损耗（2）无功损耗：包括变压器和输电线的无功损耗）无功损耗：包括变压器和输电线的无功损耗用来产生主磁通即产生励磁电流的无功功率损耗用来产生主磁通即产生励磁电流的无功功率损耗 ：只与电网的电压有关，与负荷大小无关，可用：只与电网的电压有关，与负荷大小无关，可用 来表征。来表征。所以所以 n变压器的无功功率损耗：变压器的无功功率损耗：华南热带农业大学华南热带农业大学192024/7/12n变压器的无功功率损耗：变压器的无功功率损耗：消耗在一、二次线圈电抗上的无功功率损耗消耗在一、二次线圈电抗上的无功功率损耗 ：与负荷电流（或功率）的平方成正比，与负荷电流（或功率）的平方成正比，与负荷电流（或功率）的平方成正比，与负荷电流（或功率）的平方成正比，可用可用 来表征。来表征。所以所以 额定定负载下的下的损耗耗任意负载下的损耗为：任意负载下的损耗为：变压器的无功功率损耗在系统的无功需求中占变压器的无功功率损耗在系统的无功需求中占有相当的比重。有相当的比重。华南热带农业大学华南热带农业大学202024/7/12n输电线路的无功功率损耗：输电线路的无功功率损耗：并联电纳中发出的无功功率并联电纳中发出的无功功率：与电网的电压成正比。：与电网的电压成正比。串联电抗上的无功功率损耗串联电抗上的无功功率损耗：与通过线路的功率与通过线路的功率与通过线路的功率与通过线路的功率或负荷电流的平方成正比或负荷电流的平方成正比或负荷电流的平方成正比或负荷电流的平方成正比。输电线路可消耗无功，亦或无功电源。输电线路可消耗无功，亦或无功电源。3.无功功率的平衡与运行电压水平无功功率的平衡与运行电压水平 在电力系统的任何时刻，电源发出的无功功率在电力系统的任何时刻，电源发出的无功功率总是等于同时刻系统负荷和网络的无功损耗之和。总是等于同时刻系统负荷和网络的无功损耗之和。华南热带农业大学华南热带农业大学212024/7/123.无功功率的平衡与运行电压水平无功功率的平衡与运行电压水平 v曲线曲线1：系统等值无功电源的：系统等值无功电源的无功电压静态特性无功电压静态特性。v曲线曲线2：系统等值负荷的无功：系统等值负荷的无功电压静态特性电压静态特性。v曲线交点曲线交点a为无功功率平衡点，为无功功率平衡点，对应运行电压对应运行电压Ua。v无功功率平衡的过程及对应运行电压水平无功功率平衡的过程及对应运行电压水平。v系统无功电源充足时，可以维持系统在较高的电压系统无功电源充足时，可以维持系统在较高的电压水平上运行。水平上运行。华南热带农业大学华南热带农业大学222024/7/12二、中枢点的电压管理二、中枢点的电压管理 中枢点：中枢点：是指那些反映系统电压水平的主要发电是指那些反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电站的母线，系统中大部分负荷由这些节厂或枢纽变电站的母线，系统中大部分负荷由这些节点供电。根据负荷对电压的要求，确定中枢点的电压点供电。根据负荷对电压的要求，确定中枢点的电压允许范围。允许范围。例如例如 假定一简单电力系统，中枢点假定一简单电力系统，中枢点O O向负荷向负荷A A和和B B供电。供电。图图9-119-11简单电力系统电压损耗简单电力系统电压损耗（a a）网络接线）网络接线 （b b）日负荷曲线）日负荷曲线 （c c）电压损耗曲线）电压损耗曲线华南热带农业大学华南热带农业大学232024/7/12二、中枢点的电压管理二、中枢点的电压管理 负荷点负荷点A A和和B B供电电压的允许变化范围均为供电电压的允许变化范围均为 （0.950.951.051.05）U UN N。图图9-119-11简单电力系统电压损耗简单电力系统电压损耗（b b）日负荷曲线）日负荷曲线 （c c）电压损耗曲线）电压损耗曲线v 为满足负荷为满足负荷A A的调的调压要求，中枢点压要求，中枢点O O电压电压应控制的变化范围为：应控制的变化范围为：v 为满足负荷为满足负荷B B的调压要求，中枢点的调压要求，中枢点O O电压应控制的变电压应控制的变化范围为：化范围为：（0.950.951.051.05）U UN N。0 08h8hU U（A A）=（0.990.991.091.09）U UN N8 824h24hU U（A A）=（1.051.051.151.15）U UN N华南热带农业大学华南热带农业大学242024/7/12二、中枢点的电压管理二、中枢点的电压管理 图图9-119-11简单电力系统电压损耗简单电力系统电压损耗（b b）日负荷曲线）日负荷曲线 （c c）电压损耗曲线）电压损耗曲线v 为满足负荷为满足负荷B B的调的调压要求，中枢点压要求，中枢点O O电压电压应控制的变化范围为：应控制的变化范围为：0 016h16hU U（B B）=（0.960.961.061.06）U UN N综合考虑综合考虑负荷负荷A A和和B B，供电电压的允许变化范围如图，供电电压的允许变化范围如图161624h24hU U（B B）=（0.980.981.081.08）U UN N华南热带农业大学华南热带农业大学252024/7/12二、中枢点的电压管理二、中枢点的电压管理 分析得到中枢点分析得到中枢点0 0的电压允许变化范围：的电压允许变化范围：图图9-129-12中枢点电压允许变化范围中枢点电压允许变化范围 由图可知，尽管由图可知，尽管A A和和B B两点的允许电压偏移两点的允许电压偏移量都是量都是+5%5%，但由于两，但由于两个负荷的变化规律不同，个负荷的变化规律不同，从而在某些时间段，中从而在某些时间段，中枢点的电压允许变化范枢点的电压允许变化范围很小。因此仅靠控制围很小。因此仅靠控制中枢点的电压不能保证中枢点的电压不能保证负荷对电压的要求，必负荷对电压的要求，必须采取其它措施。须采取其它措施。华南热带农业大学华南热带农业大学262024/7/12二、中枢点的电压管理二、中枢点的电压管理 中枢点调压方式：中枢点调压方式：逆逆调调压压：在在最最大大负负荷荷时时，升升高高中中枢枢点点电电压压，在在最最小小负荷时，降低中枢点电压。负荷时，降低中枢点电压。常常调调压压：不不管管中中枢枢点点的的负负荷荷怎怎样样变变动动，都都要要保保持持中中枢枢点点的的电电压压偏偏差差为为恒恒定定值值。（线线路路额额定定电电压压的的102%105%之间）之间）顺顺调调压压：（发发电电机机端端电电压压一一定定）在在最最大大负负荷荷时时，降降低低中中枢枢点点电电压压，在在最最小小负负荷荷时时，升升高高中中枢枢点点电电压压。（线路额定电压的（线路额定电压的102.5%107.5%之间）之间）华南热带农业大学华南热带农业大学272024/7/12三、电力系统的调压措施三、电力系统的调压措施改变发电机端电压；改变发电机端电压；以以图图示示电电力力系系统统说说明明调调压压措措施施依依据据的的基基本本原理：原理：由此式可知，可采取的调压措施：由此式可知，可采取的调压措施：b b点电压：点电压：改变变压器的变比；改变变压器的变比；增设无功补偿装置，以减少网络传输的无功功率；增设无功补偿装置，以减少网络传输的无功功率；改变输电线路的参数。改变输电线路的参数。华南热带农业大学华南热带农业大学282024/7/121.1.利用发电机调压利用发电机调压 产产生生电电压压偏偏差差的的主主要要原原因因是是正正常常的的负负荷荷电电流流或或故故障障电电流流在在系系统统各各元元件件上上流流过过时时所所产产生生的的电电压压损损失失所所引引起的。起的。实际电压偏高或偏低，对运行中的电气设备会造成实际电压偏高或偏低，对运行中的电气设备会造成不良影响。不良影响。电电网网负负荷荷增增加加时时，电电力力网网电电压压损损耗耗增增加加，用用户户端端电电压压降降低低，此此时时增增加加发发电电机机励励磁磁电电流流，提提高高发发电电机的端电压。机的端电压。电电网网负负荷荷减减少少时时，电电力力网网电电压压损损耗耗减减少少，用用户户端端电电压压升升高高，此此时时减减少少发发电电机机励励磁磁电电流流，降降低低发发电电机的端电压。机的端电压。华南热带农业大学华南热带农业大学292024/7/12调压的基本方法：调压的基本方法：2.2.改变变压器变比调压改变变压器变比调压改改变变变变压压器器的的变变比比可可以以升升高高或或降降低低变变压压器器次次级级绕绕组组的电压。的电压。进入变压器功率、高压侧母线电压、变压器阻抗已知。进入变压器功率、高压侧母线电压、变压器阻抗已知。变变压压器器的的高高、中中压压绕绕组组设设有有若若干干分分接接头头以以实实现现调调压。压。分分接接头头有有多多个个对对应应变变压压器器额额定定电电压压的的分分接接头头为为主主接头或主抽头。接头或主抽头。以以双双绕绕组组降降压压变变压压器器分分接接头选择为例头选择为例 华南热带农业大学华南热带农业大学302024/7/122.2.改变变压器变比调压改变变压器变比调压归算到高压侧的变压器电压损失：归算到高压侧的变压器电压损失：将变比公式代入得到高压侧分接头电压：将变比公式代入得到高压侧分接头电压：变压器二次侧电压：变压器二次侧电压：变变压压器器应应满满足足通通过过任任何何功功率率时时，使使用用一一个个分分接接头头。即即按按通通过过最最大大负负荷荷和和最最小小负负荷荷情情况况下下的的调调压压要要求求确确定定分接头电压。分接头电压。华南热带农业大学华南热带农业大学312024/7/122.2.改变变压器变比调压改变变压器变比调压高压侧分接头电压：高压侧分接头电压：v 变压器通过最大负荷分接头电压：变压器通过最大负荷分接头电压：v 变压器通过最小负荷分接头电压：变压器通过最小负荷分接头电压：v 变压器通过最小、最大负荷用一个分接头，则变压器通过最小、最大负荷用一个分接头，则华南热带农业大学华南热带农业大学322024/7/123.3.利用无功功率补偿调压利用无功功率补偿调压 改改改改变变变变变变变变压压压压器器器器分分分分接接接接头头头头并并并并不不不不能能能能增增增增加加加加无无无无功功功功功功功功率率率率，当当当当系系系系统统统统由由由由于于于于无无无无功功功功不不不不足足足足引引引引起起起起电电电电压压压压下下下下降降降降时时时时，要要要要从从从从根根根根本本本本上上上上解解解解决决决决问问问问题题题题，必必必必须须须须增增增增设新的无功电源。设新的无功电源。设新的无功电源。设新的无功电源。v 图示电力网，未装补偿装置，电力网首端电压：图示电力网，未装补偿装置，电力网首端电压：v 装设无功补偿装置后电压：装设无功补偿装置后电压：华南热带农业大学华南热带农业大学332024/7/123.3.利用无功功率补偿调压利用无功功率补偿调压v首端电压保持不变：首端电压保持不变：v无功补偿容量：无功补偿容量：v简化形式：简化形式：华南热带农业大学华南热带农业大学342024/7/123.3.利用无功功率补偿调压利用无功功率补偿调压v首端电压保持不变：首端电压保持不变：v无功补偿容量：无功补偿容量：v简化形式：简化形式：华南热带农业大学华南热带农业大学352024/7/123.3.利用无功功率补偿调压利用无功功率补偿调压（1 1）静止电容器容量的选择：）静止电容器容量的选择：v电电容容器器作作无无功功补补偿偿时时原原则则：最最小小负负荷荷时时将将电电容容器器全全部切除，在最大负荷时全部投入的运行方式。部切除，在最大负荷时全部投入的运行方式。v按最大负荷时的调压要求计算无功补偿容量：按最大负荷时的调压要求计算无功补偿容量：v按最小负荷时确定变压器分接头：按最小负荷时确定变压器分接头：华南热带农业大学华南热带农业大学362024/7/124.4.改变输电线路的参数调压（配电线路）改变输电线路的参数调压（配电线路）从从电电压压损损耗耗的的计计算算公公式式可可知知，改改变变网网络络元元件件的的电电阻阻和和电电抗抗都都可可以以改改变变电电压压损耗，从而达到调压的目的。损耗，从而达到调压的目的。v10KV10KV及及以以下下线线路路：可可考考虑虑增增大大导导线线截截面面以以减减小小线路的电阻。线路的电阻。图图示示线线路路未未装装设设串串联联电电容容时，线路的电压损耗：时，线路的电压损耗：v10KV10KV及以上线路：采用串联电容的方法减小电抗。及以上线路：采用串联电容的方法减小电抗。华南热带农业大学华南热带农业大学372024/7/124.4.改变输电线路的参数调压改变输电线路的参数调压 从从电电压压损损耗耗的的计计算算公公式式可可知知，改改变变网网络络元元件件的的电电阻阻和和电电抗抗都都可可以以改改变变电电压压损耗，从而达到调压的目的。损耗，从而达到调压的目的。v10KV10KV及及以以下下线线路路：可可考考虑虑增增大大导导线线截截面面以以减减小小线路的电阻。线路的电阻。图图示示线线路路未未装装设设串串联联电电容容时，线路的电压损耗：时，线路的电压损耗：v10KV10KV及以上线路：采用串联电容的方法减小电抗。及以上线路：采用串联电容的方法减小电抗。华南热带农业大学华南热带农业大学382024/7/12电力系统调压：电力系统调压：发发电电机机调调压压适适用用于于地地方方性性电电网网，区区域域性性电电网网作为辅助调压措施；作为辅助调压措施；当当系系统统无无功功功功率率充充足足时时，应应考考虑虑采采用用改改变变变变压压器器变变比比调调压压；当当系系统统无无功功功功率率不不足足时时，不不宜宜采用改变变压器变比调压；采用改变变压器变比调压；串联电容用于配电网的调压。串联电容用于配电网的调压。当当系系统统无无功功功功率率不不足足时时，须须增增设设无无功功补补偿偿容容量；量；华南热带农业大学华南热带农业大学392024/7/12 一、电力网的电能损耗一、电力网的电能损耗1电能损耗产生原因电能损耗产生原因v 电力网在运行时，由于电电力网在运行时，由于电流或功率通过输电线和变压流或功率通过输电线和变压器要产生电能损耗。器要产生电能损耗。第三节第三节 电力网运行的经济性电力网运行的经济性 电力系统运行的经济性主要反映在发电成本和网电力系统运行的经济性主要反映在发电成本和网络的电能损耗上。本节分析电力网电能损耗的计算和络的电能损耗上。本节分析电力网电能损耗的计算和降低电能损耗的措施。降低电能损耗的措施。变压器的等值电路变压器的等值电路华南热带农业大学华南热带农业大学402024/7/121电能损耗产生原因电能损耗产生原因固定损耗：在导线和变压器的等值电路中并联电导固定损耗：在导线和变压器的等值电路中并联电导中的有功损耗（与施加于元件的电压相关，而与通中的有功损耗（与施加于元件的电压相关，而与通过功率无关），如输电线的电晕损耗、变压器的铁过功率无关），如输电线的电晕损耗、变压器的铁心损耗。由于元件电压不允许偏离额定值太大，因心损耗。由于元件电压不允许偏离额定值太大，因此这部分损耗基本不变。此这部分损耗基本不变。v从元件等值电路的角从元件等值电路的角度分析，电能损耗由度分析，电能损耗由两部分组成：两部分组成：可变损耗：在导线和变压器电阻上的损耗（与电可变损耗：在导线和变压器电阻上的损耗（与电流或输送功率密切相关）；流或输送功率密切相关）；华南热带农业大学华南热带农业大学412024/7/12（1）线路的电能损耗（电晕损耗可不计）线路的电能损耗（电晕损耗可不计）（）变压器的电能损耗（有功功率损耗（）变压器的电能损耗（有功功率损耗）铁心中的有功功率损耗，即铁损铁心中的有功功率损耗，即铁损 :当外加电压当外加电压和频率不变时，和频率不变时，是固定不变的，与负荷大小无关是固定不变的，与负荷大小无关是固定不变的，与负荷大小无关是固定不变的，与负荷大小无关不变损耗。不变损耗。不变损耗。不变损耗。变压器的空载损耗变压器的空载损耗 可认为就是铁耗，即可认为就是铁耗，即 2 2 电能损耗计算电能损耗计算消耗在一、二次线圈电阻上的有功功率损耗，即铜消耗在一、二次线圈电阻上的有功功率损耗，即铜耗耗 :华南热带农业大学华南热带农业大学422024/7/12（）变压器的电能损耗（有功功率损耗（）变压器的电能损耗（有功功率损耗）消耗在一、二次线圈电阻上的有功功率损耗，即铜消耗在一、二次线圈电阻上的有功功率损耗，即铜耗耗 :与负荷电流（或功率）的平方成正比。与负荷电流（或功率）的平方成正比。可变损耗可变损耗变压器的电能损耗：变压器的电能损耗：（3）最大负荷损耗时间法计算电能损耗）最大负荷损耗时间法计算电能损耗 最大负荷损耗时间最大负荷损耗时间的含义：的含义：如果网络输送的功如果网络输送的功率始终保持为最大负荷功率，经过率始终保持为最大负荷功率，经过时间后，网络中时间后，网络中产生的电能损耗与按实际负荷曲线运行在全年内所产生的电能损耗与按实际负荷曲线运行在全年内所产生的电能损耗恰好相等。产生的电能损耗恰好相等。华南热带农业大学华南热带农业大学432024/7/12 （3）最大负荷损耗时间法计算电能损耗）最大负荷损耗时间法计算电能损耗v输电线路全年的电能损耗输电线路全年的电能损耗：若运行电压接近于维持恒定，则若运行电压接近于维持恒定，则 因此，最大负荷损耗时间可用最大负荷利用因此，最大负荷损耗时间可用最大负荷利用小时数反映出来。小时数反映出来。华南热带农业大学华南热带农业大学442024/7/12 （3）最大负荷损耗时间法计算电能损耗）最大负荷损耗时间法计算电能损耗 最大负荷损耗时间最大负荷损耗时间图图9-17 与与Tmax关系曲线关系曲线 根据根据Tmax和用户的和用户的功率因数由图表查出功率因数由图表查出最大负荷损耗时间即最大负荷损耗时间即可计算输电线电能损可计算输电线电能损耗。耗。华南热带农业大学华南热带农业大学452024/7/12 （3）最大负荷损耗时间法计算电能损耗）最大负荷损耗时间法计算电能损耗v变压器全年的电能损耗变压器全年的电能损耗：若多台变压器并联运行则电能损耗：若多台变压器并联运行则电能损耗：最大负荷损耗时间与最大负荷利用小时数的区别。最大负荷损耗时间与最大负荷利用小时数的区别。华南热带农业大学华南热带农业大学462024/7/12 二、降低电能损耗的技术措施二、降低电能损耗的技术措施1.对电网进行技术改造，需要投资。对电网进行技术改造，需要投资。提高电力网负荷的功率因数：提高电力网负荷的功率因数：2.合理组织电网运行方式（不增加或少增加投资）合理组织电网运行方式（不增加或少增加投资）v功率因数低的不良影响功率因数低的不良影响a使供电网络中的功率损耗和电能损耗增大。使供电网络中的功率损耗和电能损耗增大。因为功率因数越低，在保证输送同样的有功功率因为功率因数越低，在保证输送同样的有功功率时，系统中输送的总电流越大，从而使输电线路时，系统中输送的总电流越大，从而使输电线路上的功率损耗和电能损耗增加。上的功率损耗和电能损耗增加。b使供电网络的电压损失增大，影响负荷端的电压质使供电网络的电压损失增大，影响负荷端的电压质量。量。华南热带农业大学华南热带农业大学472024/7/12c使供电网络的电压损失增大，影响负荷端的电压质使供电网络的电压损失增大，影响负荷端的电压质量。量。d使供配电设备的容量不能得到充分利用，降低了供电使供配电设备的容量不能得到充分利用，降低了供电能力。能力。4使发电机的出力下降，发电设备效率降低，发电成使发电机的出力下降，发电设备效率降低，发电成本提高。本提高。由于发电机、变压器都有一定的额定电压和额定电流，在正常情况下不允由于发电机、变压器都有一定的额定电压和额定电流，在正常情况下不允许超过额定值，根据许超过额定值，根据 ，功率因数越低，输出的有功功率，功率因数越低，输出的有功功率越小，使设备的容量不能得到充分利用，降低了供电能力。越小，使设备的容量不能得到充分利用，降低了供电能力。当有功功率保持不变时，功率因数越低，无功电流当有功功率保持不变时，功率因数越低，无功电流越大，对发电机转子的去磁效应越大，端电压越低，越大，对发电机转子的去磁效应越大，端电压越低，发电机就达不到预定的出力。发电机就达不到预定的出力。由于由于 ，当，当P、R、X 一定时，功率因一定时，功率因数越低，数越低，Q越大，则越大，则 越大。越大。v功率因数低的不良影响功率因数低的不良影响华南热带农业大学华南热带农业大学482024/7/12无功功率补偿v功率因数的计算功率因数的计算q瞬时功率因数：瞬时功率因数：可由功率因数表（相位表）直接可由功率因数表（相位表）直接读出，或由电压表、电流表和功率表在同一时刻的读读出，或由电压表、电流表和功率表在同一时刻的读数按下式求出：数按下式求出：指某一规定时间内，功率因数的指某一规定时间内，功率因数的平均值。其计算公式为：平均值。其计算公式为：q均权功率因数：均权功率因数：瞬时功率因数值代表某一瞬间状态的无功功率的变化情况瞬时功率因数值代表某一瞬间状态的无功功率的变化情况式中，式中，Wp为某一时间内消耗的有功电能（为某一时间内消耗的有功电能（kWh）；）；Wq为同一时间内消耗的无功电能（为同一时间内消耗的无功电能（kvarh）。）。华南热带农业大学华南热带农业大学492024/7/12 我国供电部门每月向工业用户收取电费，就是按我国供电部门每月向工业用户收取电费，就是按月均权功率因数的高低来调整的。并规定：高压供电月均权功率因数的高低来调整的。并规定：高压供电的用户，其功率因数不应低于的用户，其功率因数不应低于0.9，其他电力用户的功其他电力用户的功率因数不应低于率因数不应低于0.85。若达不到以上要求，应进行人若达不到以上要求，应进行人工补偿，否则要加收电费。工补偿，否则要加收电费。如何提高功率因数：如何提高功率因数：合理选择异步电动机的容量和运行方式；合理选择异步电动机的容量和运行方式；实行无功的就地补偿。实行无功的就地补偿。华南热带农业大学华南热带农业大学502024/7/12采用移相电容器（即静电电容器）采用移相电容器（即静电电容器）采用同步电动机采用同步电动机采用同步调相机采用同步调相机 静电电容器具有重量轻、安装方便、投资小、故障范围小、有静电电容器具有重量轻、安装方便、投资小、故障范围小、有功功率损耗小、易于维护等优点，是目前工业企业中应用最广功功率损耗小、易于维护等优点，是目前工业企业中应用最广泛的无功补偿装置。泛的无功补偿装置。调节同步电动机的励磁电流，使其在超前功率因数下运行，就调节同步电动机的励磁电流，使其在超前功率因数下运行，就能向电网输送无功功率，因而能提高企业的功率因数。能向电网输送无功功率，因而能提高企业的功率因数。同步调相机实质上是空载运行的同步电动机，专门向电网输送同步调相机实质上是空载运行的同步电动机，专门向电网输送无功功率，大容量的同步调相机主要装设在电力系统的区域性无功功率，大容量的同步调相机主要装设在电力系统的区域性变电所，作为该地区的无功补偿电源，用于提高该地区的功率变电所，作为该地区的无功补偿电源，用于提高该地区的功率因数和电压质量。因数和电压质量。v实行无功的就地补偿实行无功的就地补偿华南热带农业大学华南热带农业大学512024/7/12v电容器并联补偿的工作原理电容器并联补偿的工作原理 在工业企业中，绝大部分电气设备的等值电路可在工业企业中，绝大部分电气设备的等值电路可视为电阻视为电阻R和电感和电感L的串联电路，其功率因数可表示的串联电路，其功率因数可表示为：为：当在当在R、L电路中并联接入电容器电路中并联接入电容器C后，如图后，如图所示所示，回路电流为：回路电流为：图图 电容器无功补偿原理图电容器无功补偿原理图华南热带农业大学华南热带农业大学522024/7/12 可见，并联电容器后可见，并联电容器后 与与 之间的夹角变小了，因此，供之间的夹角变小了，因此，供电回路的功率因数提高了。电回路的功率因数提高了。欠补偿欠补偿：补偿后电流：补偿后电流 落后电压落后电压 ，如图如图所示。所示。过补偿过补偿：补偿后电流：补偿后电流 超前电压超前电压 ，如图如图所示。所示。v电容器的接线方式与装设位置电容器的接线方式与装设位置一般都不采用过补偿，因为这将引起变压器一般都不采用过补偿，因为这将引起变压器二次侧电压的升高，会增大电容器本身的损二次侧电压的升高，会增大电容器本身的损耗，使温升增大，电容器寿命降低，同时还耗，使温升增大，电容器寿命降低，同时还会使线路上的电能损耗增加。会使线路上的电能损耗增加。1电容器的接线方式电容器的接线方式低压电容器一般接成三角形。高压电容器组宜接成星形，低压电容器一般接成三角形。高压电容器组宜接成星形，但容量较小（但容量较小（450kvar及以下）时可接成三角形。及以下）时可接成三角形。n由于，而，因此电容器接成三角形时的容量为采用星由于，而，因此电容器接成三角形时的容量为采用星形接线时的形接线时的3倍倍。n若电容器采用三角形接线，一电容器断线时，三相线路仍能得到无功补偿；而采若电容器采用三角形接线，一电容器断线时，三相线路仍能得到无功补偿；而采用星形接线时，一相电容器断线，该相将失去无功补偿，造成三相负荷不平衡。用星形接线时，一相电容器断线，该相将失去无功补偿，造成三相负荷不平衡。n但是，电容器采用三角形接线时，任一电容器击穿将造成两相短路，有可能发生但是，电容器采用三角形接线时，任一电容器击穿将造成两相短路，有可能发生电容器爆炸电容器爆炸；而采用星形接线时，若一相电容器击穿，短路电流数值相对较小。；而采用星形接线时，若一相电容器击穿，短路电流数值相对较小。因此星形接线较之三角形接线安全多了。因此星形接线较之三角形接线安全多了。v电容器并联补偿的工作原理电容器并联补偿的工作原理华南热带农业大学华南热带农业大学532024/7/122电容器的装设位置（补偿方式）电容器的装设位置（补偿方式）高压集中补偿：高压集中补偿：将高压电容器组集中安装在企业或将高压电容器组集中安装在企业或地方总降压变电所地方总降压变电所610kV母线上。母线上。低压分组补偿：低压分组补偿：将低压电容器组分散安装在各车间将低压电容器组分散安装在各车间变电所低压母线上。变电所低压母线上。个别补偿：个别补偿：将电容器组直接安装在需要进行无功补将电容器组直接安装在需要进行无功补偿的各个用电设备附近。偿的各个用电设备附近。必须指出：必须指出：电容器从电网上切除后有残余电压，其电容器从电网上切除后有残余电压，其最高可达电网电压的峰值。所以电容器组应装设最高可达电网电压的峰值。所以电容器组应装设放放电装置电装置，且其放电回路中，且其放电回路中不得装设熔断器或开关设不得装设熔断器或开关设备备，以免放电回路断开，危及人身安全。，以免放电回路断开，危及人身安全。对对高高压压电电容容器器，通通常常利利用用母母线线上上电电压压互互感感器器的的一一次次绕绕组组来来放放电电；对对分分散散补补偿偿的的低低压压电电容容器器组组，通通常常采采用用白白炽炽灯灯的的灯灯丝丝电电阻阻来来放放电电；对对就就地地补补偿偿的的低低压压电电容容器器组组，通通常常利用用电设备本身的绕组来放电。利用用电设备本身的绕组来放电。华南热带农业大学华南热带农业大学542024/7/12 二、降低电能损耗的技术措施二、降低电能损耗的技术措施合理组织网络运行方式：合理组织网络运行方式：适当提高电力网的运行电压水平；适当提高电力网的运行电压水平；合理组织变压器的运行。合理组织变压器的运行。单台变压器的经济运行；单台变压器的经济运行；电力变压器的经济运行电力变压器的经济运行 变变压压器器经经济济运运行行的的条条件件是是：传传输输单单位位kVA负负荷荷所所消耗的有功功率损耗归算值最小。消耗的有功功率损耗归算值最小。多台变压器的经济运行。多台变压器的经济运行。华南热带农业大学华南热带农业大学552024/7/12本章小结本章小结 本章是分析电力系统运行的基本知识。本章是分析电力系统运行的基本知识。本章着重讲述了有功功率与频率的调整、无功功本章着重讲述了有功功率与频率的调整、无功功率与电压的调整率与电压的调整;接着讲述了电力网电能损耗的计算及接着讲述了电力网电能损耗的计算及电能的节约。电能的节约。本章重点：有功功率与频率的调整、无功功率与本章重点：有功功率与频率的调整、无功功率与电压的调整、电力网电能损耗的计算及电能的节约电压的调整、电力网电能损耗的计算及电能的节约。教学基本要求：了解有功功率和无功功率的相关教学基本要求：了解有功功率和无功功率的相关知识、电力网频率和电压的调整原理和方法、电能损知识、电力网频率和电压的调整原理和方法、电能损耗的计算和电能节约的技术措施耗的计算和电能节约的技术措施此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢
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